全球緊急追蹤新型冠狀病毒變異株

基因組測序工作在發展中國家受到限制,但科學家們正在積極行動提供幫助

A health care worker in blue PPE processes COVID test samples.

2021年1月,印度新德里英迪拉·甘地國際機場建立的SpiceHealth基因組測序實驗室,一名醫療工作者使用移液器處理COVID-19測試樣本。

在美國和其他疫苗廣泛普及的國家,COVID疫情似乎正在消退。但一些感染率高的發展中國家已成為病毒變異株的熱點地區,這些變異株可能更具傳播性或對疫苗具有抵抗力,而且這些變異株可以迅速跨越國界。例如,最初在印度發現的B.1.167.2變異株(現稱為Delta)已蔓延到包括美國在內的70多個國家和地區

許多發展中國家缺乏病毒監測能力——即監測新變異株的傳播和演變的努力。這一過程需要昂貴的基因組測序技術和訓練有素的工作人員,而許多國家並不具備這些條件。例如,尼泊爾僅對其報告的60多萬例病例中的0.01%進行了測序。麻省理工學院和哈佛大學博德研究所專門研究基因療法和細胞工程的博士後研究員阿麗娜·陳表示,新變異株可能會使遏制疫情方面來之不易的進展付諸東流。“能夠重新感染 ранее感染過的人的變異株也可能降低疫苗的效力,”她說。 

世界各地的科學家和組織現在正致力於在發展中國家建立搜尋變異株的能力。他們正在積極調動資金、培訓和裝置,送到最需要這些資源的地方,並渴望建立持久的病毒監測基礎設施。“COVID是催化劑,”泛美衛生組織(PAHO)的微生物學家和病毒疾病顧問海羅·門德斯-里科說,該組織總部設在華盛頓特區。“但我們也需要調查未來肯定會出現的其他病原體。”


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在印度,27個實驗室現在聯合起來建立了印度 SARS-CoV-2 基因組學聯盟 (INSACOG)。該小組計劃對該國所有 COVID 陽性病例的 5% 進行測序(目前的比率僅為 0.09%)。病毒學家、印度阿育王大學特里維迪生物科學學院院長沙希德·賈米爾表示,原則上,將現有的監測能力整合到一個保護傘下可能會使這一目標成為可行。但他表示,訓練有素的現場工作人員不足,實驗室也急需基因組分析所需的化學試劑。

國際專家現在正在介入提供幫助。最近,一個名為 INDIA COVID SOS 的非營利性志願者團體成立,旨在協助該國的疫情應對工作。該組織旨在擴大印度以及鄰近南亞國家的基因組監測規模。哈佛醫學院流行病學家阿迪蒂·哈茲拉共同領導該組織的測序團隊,該團隊定期與印度測序聯盟的主任舉行視訊會議。她說,一個關鍵目標是將病毒監測擴充套件到更多居住在農村地區的人們。

農村地區的監測也是非洲的優先事項。“非洲大陸數百萬人居住在偏遠地區,這些地區也是疾病爆發的熱點地區,”奈及利亞卡拉巴爾大學醫學博士、高階講師阿卡尼涅·奧圖說。幾個新的合作伙伴關係旨在促進非洲國家的測序工作。奧圖強調了非洲病原體基因組學倡議 (Africa PGI),該倡議於去年啟動,得到了國際捐助組織和私營公司的支援。非洲的大部分測序能力集中在南非、肯亞、奈及利亞、摩洛哥和埃及。非洲 PGI 由非洲疾病控制和預防中心領導,正著手建立一個泛非測序中心網路,為非洲大陸 54 個國家服務。

在拉丁美洲國家——目前這些國家的 COVID 感染率是世界上最高的——泛美衛生組織正在牽頭建立 COVID-19 基因組監測區域網路。該地區的一些國家已經擁有相當強大的測序能力,但該網路正在領導努力,在完全不存在監測能力的地方建立監測能力,中美洲大部分地區就是這種情況。門德斯-里科說,在此期間,巴西和智利的兩個大型參考實驗室正在“由泛美衛生組織出資”對其他國家送來的樣本進行測序。 

除了建立夥伴關係和網路外,科學家們還在探索低成本測序技術,這些技術可以很容易地在現場部署。迄今為止,幾乎所有已測序的 SARS-CoV-2 病例都依賴於放置在溫控實驗室中的大型昂貴儀器。作為替代方案,INDIA COVID SOS 正在鼓勵更廣泛地使用英國牛津奈米孔技術公司生產的手持式測序裝置。該裝置名為 MinION,可以使用電池組供電,一次可處理 96 個樣本,並使用軟體生成可以儲存在筆記型電腦上的全基因組序列。“我們正在尋找廉價、高效、可擴充套件且便攜的技術,這就是一個例子,”哈茲拉說。

波士頓生物技術公司 Ginkgo Bioworks 的計算生物學家基思·羅比森同意 MinION 是發展中國家——尤其是農村地區——的實用選擇。這種行動式技術在最近剛果民主共和國和其他西非國家爆發的埃博拉疫情期間得到了廣泛應用。“你可以用它在任何地方生成序列,”他說。羅比森指出,MinION 也有其缺點:資料的質量不如實驗室儀器提供的資料。“然而,如果你有許多相同的序列副本,這也可以透過計算進行糾正,”他說。

丹麥技術大學微生物學博士後研究員圖埃·斯帕霍爾特·約根森認為,可能並不總是需要全基因組序列。他說,迄今為止確定的所有重要的 SARS-CoV-2 突變都位於編碼該微生物著名的刺突蛋白的相同基因組片段上。約根森說,科學家們可以使用一種稱為 Sanger 測序的替代方法來簡單地靶向病毒基因組的這一片段。這種方法曾用於 2003 年完成的人類基因組測序工作,至今仍被世界各地的實驗室採用。與同時對數百萬個基因片段進行測序的全基因組方法不同,Sanger 方法一次對一個片段進行測序。“Sanger 不能取代全基因組測序,但你可以用它以一小部分的成本進行有針對性的分析,”約根森說。“幾十年來,人們一直在小型實驗室中使用它。我將使用它來監測已知的變異株,[以]鑑定用於全基因組測序的樣本,以及用於醫院中[感染者]的接觸者追蹤。”

約根森和他的同事現在正在與盧安達的衛生官員合作,制定在該國擴大基於 Sanger 的 COVID 監測的計劃。“如果盧安達出現一種新的變異株並開始[在其他]非洲地區傳播,那麼我們希望瞭解它,”他說。

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